電力電子課程設(shè)計(jì)王

目錄1．主電路的設(shè)計(jì) 21.1逆變電路的分類 22.1主電路的選定 23.1主電路原理圖 64.1主電路原理分析 65.1參數(shù)計(jì)算 62.控制電路設(shè)計(jì) 72.1控制電路圖 72.2控制電路原理 83.心得體會(huì) 8參考文獻(xiàn) 91．主電路的設(shè)計(jì)1.1逆變電路的分類主要內(nèi)容：換流方式，電壓型逆變電路，電流型逆變電路，重逆變電路和多電平逆變電路。2.1主電路的選定逆變電路按其直流電源性質(zhì)不同分為兩種：（1）電壓型逆變電路或電壓源型逆變電路，（2）電流型逆變電路或電流源型逆變電路。電路的具體實(shí)現(xiàn)：圖2.1電壓型逆變電路舉例（全橋逆變電路）電壓型逆變電路的特點(diǎn)(1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)(2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同(3)阻感負(fù)載時(shí)需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管單相電壓型逆變電路（1）半橋逆變電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理：V1和V2柵極信號(hào)各半周正偏、半周反偏，互補(bǔ)。uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2，io波形隨負(fù)載而異，感性負(fù)載時(shí)，圖2.2b，V1或V2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量，VD1或VD2通時(shí)，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋，VD1、VD2稱為反饋二極管，還使io連續(xù)，又稱續(xù)流二極管。圖2.2單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，使用器件少缺點(diǎn)：交流電壓幅值Ud/2，直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡，用于幾kW以下的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。（2）全橋逆變電路電路結(jié)構(gòu)及工作情況：圖2.3，兩個(gè)半橋電路的組合。1和4一對(duì)，2和3另一對(duì)，成對(duì)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，交替各導(dǎo)通180°。uo波形同下圖。半橋電路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和下圖中的io相同，幅值增加一倍，單相逆變電路中應(yīng)用最多的。輸出電壓定量分析uo成傅里葉級(jí)數(shù)基波幅值基波有效值uo為正負(fù)各180o時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來實(shí)現(xiàn)。移相調(diào)壓方式?？刹捎靡葡喾绞秸{(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓。各柵極信號(hào)為180o正偏，180o反偏，且V1和V2互補(bǔ)，V3和V4互補(bǔ)關(guān)系不變。V3的基極信號(hào)只比V1落后q(0<q<180o)，V3、V4的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移180o-q，uo成為正負(fù)各為q的脈沖，改變q即可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。圖2.3單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式3、帶中心抽頭變壓器的逆變電路交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IGBT，經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載加上矩形波交流電壓。兩個(gè)二極管的作用也是提供無功能量的反饋通道，Ud和負(fù)載相同，變壓器匝比為1:1:1時(shí)，uo和io波形及幅值與全橋逆變電路完全相同。圖2.4帶中心抽頭變壓器的逆變電路與全橋電路的比較，比全橋電路少用一半開關(guān)器件，器件承受的電壓為2Ud，比全橋電路高一倍。必須有一個(gè)變壓器。根據(jù)以上，我們選擇單相全橋逆變電路。3.1主電路原理圖圖3.1單相橋式PWM逆變電路4.1主電路原理分析圖3.1是采用電力晶體管作為開關(guān)器件的電壓型單相橋式逆變電路，設(shè)負(fù)載為電感性，對(duì)各晶體管的控制按下面的規(guī)律進(jìn)行：在正半周期，讓晶體管V1一直保持導(dǎo)通，而讓晶體管V4交替通斷。當(dāng)天V1和V4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載上所加的電壓為直流電源電壓Ud。當(dāng)V1導(dǎo)通而使V4關(guān)斷后，由于電感性負(fù)載中的電流不能突變，負(fù)載電流將通過二極管VD3續(xù)流，負(fù)載上所加電壓為零。如負(fù)載電流較大，那么，直到使V4再一次導(dǎo)通之前，VD3一直持續(xù)導(dǎo)通。如負(fù)載電流較快地衰減到零，在V4再一次導(dǎo)通之前，負(fù)載電壓也一直為零。這樣，負(fù)載上的輸出電壓uo就可得到零和Ud交替的兩種電平。同樣，在負(fù)半周期，讓晶體管V2保持導(dǎo)通。當(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載被加上負(fù)電壓–Ud，當(dāng)V3關(guān)斷時(shí)，VD4續(xù)流，負(fù)載電壓為零，負(fù)載電壓uo可得到–Ud和零兩種電平。這樣，在一個(gè)周期內(nèi)，逆變器輸出的PWM波形就由±Ud、0三種電平組成。5.1參數(shù)計(jì)算單相橋式PWM逆變電路所包含的諧波角頻率為式中，n=1,3,5,…時(shí)，k=0,2,4,…；n=2,4,6,…時(shí)，k=1,3,5,…其PWM波中不含有低次諧波，只含有角頻率為wc及其附近的諧波，以及2wc、3wc等及其附近的諧波。幅值最高影響最大的是角頻率為wc的諧波分量。設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)波為式中，a稱為調(diào)制度，0≤a<1；wr為正弦信號(hào)波角頻率，從圖5.1中可以得出如下關(guān)系式可以得出脈沖兩邊的間隙寬度d'為圖5.1規(guī)則采樣法2.控制電路設(shè)計(jì)2.1控制電路圖圖6.1橫幅三角波產(chǎn)生電路圖2.2控制電路原理在電源＋Vs和－Vs之間串接電阻R1、R2、R1組成分壓電路，分壓點(diǎn)分別為＋VTH和－VTH，作為三角波正峰值和負(fù)峰值的轉(zhuǎn)折（閾值）電壓。CT和RT為定時(shí)電容和定時(shí)電阻。＋VTH還通過內(nèi)部緩沖電路與RT共同作用產(chǎn)生CT的恒值充電電流Is。CP，CN構(gòu)成窗口比較器，當(dāng)CT以恒流Is線性充電到VCT=＋VTH時(shí)，CP翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器S端置1，Q為高電平，S1關(guān)斷；同時(shí)S2接通，CT以Is線性放電，到VCT=－VTH時(shí)，CN翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器R端復(fù)位，Q為高電平，S2關(guān)斷，S1接通；則三角波新的一周開始。RT設(shè)置Is的大小，一般不大于2mA。振蕩頻率由RT、CT及＋VTH，－VTH共同決定。由于是恒流充放電，三角波的正負(fù)斜率對(duì)稱，線性優(yōu)良，調(diào)節(jié)頻率時(shí)三角波為恒幅。3.心得體會(huì)經(jīng)過這次的電力電子課程設(shè)計(jì)后，我從中學(xué)到了很多東西。在我們學(xué)了《電路》、《電力電子技術(shù)基礎(chǔ)》之后，對(duì)專業(yè)課程基礎(chǔ)知識(shí)已經(jīng)有了最基本的掌握和接觸。在經(jīng)過獨(dú)立設(shè)計(jì)，我成功的完成了本次設(shè)計(jì)。對(duì)于我個(gè)人而言，我熟練的掌握了設(shè)計(jì)三相電壓型逆變電路的一般方法，還進(jìn)一步熟悉了其原理。開始拿到課題難免會(huì)感到陌生，不過經(jīng)過自己親手實(shí)踐后才發(fā)現(xiàn)，只有經(jīng)過實(shí)踐運(yùn)用得來的知識(shí)，才是真正屬于自己的東西。這其中還尤為深刻的就是要養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)習(xí)慣，這樣做起來才會(huì)更有條理性。要把所學(xué)的知識(shí)靈活運(yùn)用，必須要翻閱大量的資料并且要多多請(qǐng)教同學(xué)和老師，有很多的知識(shí)是平時(shí)不會(huì)注意的，但到了實(shí)際操作時(shí)就會(huì)因?yàn)槟敲匆稽c(diǎn)小欠缺而不能完成。我們需要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。要有耐心和毅力。理論只有與實(shí)踐結(jié)合才能把所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用，本次課程設(shè)計(jì)我收獲很大，既把課本上的理論知識(shí)給鞏固了，也在實(shí)際操作中把所學(xué)知識(shí)與實(shí)際的電路很好的聯(lián)系起來，并且從客觀上理解所學(xué)知識(shí)。本論文基本是按照實(shí)際工作而作的，也記錄了我在這期間進(jìn)行探索的每一步。從開始的稚嫩到現(xiàn)在的自信，這都是經(jīng)過本次課設(shè)之后帶給我的最大的改變。這很大程度上提高了我對(duì)專業(yè)的興趣和掌握能力，也為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)夯實(shí)了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)王兆安劉進(jìn)軍電力電子